Устройство для подачи воды в двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: в карбюраторных двигателях. Сущность изобретения: устройство позволяет получить стабильную водотопливную эмульсию, поскольку ее приготовление производится непосредственно в карбюраторе и впускном трубопроводе путем подачи чистой воды с бака через водяной жиклер с помощью разрежения (самотеком) в смесительную камеру. Лепестковая прокладка и двухлопастный винт, свободно вращающийся в потоке смеси, улучшают качество эмульсии. 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, и в частности к карбюрации состава горючей смеси, содержащей распыленное топливо, присадки, воздух, воду.

Широко известна горючая смесь, содержащая распыленное топливо, воздух и присадки, котоpая служит для сжигания в камере сгорания и образования газов, приводящих в движение поршни и коленчатый вал.

В лабораториях нашей страны и других государств уже десятки лет проводится испытание работы двигателя на водотопливной эмульсии. Применение ее осуществляется по двум вариантам: использование заранее приготовленной эмульсии и эмульгирование топлива с помощью специальных устройств непосредственно на автомобиле. Во всех случаях в карбюратор вводится готовая эмульсия.

В лабораториях при эмульгировании топлива для автомобиля, вода положительно сказывается на детонационной стойкости горючей смеси, октановое число которой возрастает почти на 10 единиц. Это позволяет увеличить степень сжатия и, следовательно, повысить мощность и экономичность двигателя на данном топливе, уменьшает содержание вредных веществ в отработанных газах, снижает дымность.

Вместе с тем имеются существенные недостатки. Использование водотопливной эмульсии проблематично из-за ее плохой устойчивости и высоких температур застывания. Организация эмульгирования непосредственно на автомобиле требует довольно существенного усложнения топливной аппаратуры. При прохождении эмульсии через хлебобумажные фильтры часть воды задерживается, что приводит к неустойчивости работы двигателя. Часто появляются случаи нарушений в готовности автомобиля к движению. Появляются перебои в работе при низких скоростях, увеличивается продолжительность разгона при движении с места. Все это приводит к тому, что использование водотопливной эмульсии для работы автомобиля остается проблематичной и на практике в настоящее время пока не применяется, оставаясь объектом лабораторного исследования.

Цель изобретения - создание такой водотопливной смеси, которая без изменения конструкций двигателя и карбюратора значительно увеличит процент сгорания горючей смеси, обеспечит полную устойчивость работы на всех режимах, значительно уменьшит расход горючего и содержание вредных веществ в отработанных газах, уменьшит дымность.

Для достижения этой цели при работе двигателя в известную горючую смесь, в состав которой входят распыленное топливо, воздух и присадки, в смесительную камеру карбюратора через водяной жиклер и камеру распыления, расположенную по уровню выше бака (чтобы не было самотека) с помощью разрежения подается вода, которая в распыленном виде смешивается с горючей смесью и далее, проходя через лепестковую прокладку и свободновращающийся в потоке двухлопастный винт, дополнительно эмульгируется. В камере сгорания вода превращается в пар, способствующий равномерному распределению смеси по объему камеры и более полному сгоранию. Сечение главных жиклеров изменяется с помощью регулировочных игл.

При температуре выше 800^о С происходит взаимодействие сажистых остатков топлива с водяным паром и при этом выделяется водород: С + Н₂О = СО₂ + Н₂.

При температуре выше 1000^о происходит термохимический процесс взаимодействия водяного пара и углеводородного топлива с выделением водорода: CmHm + mH₂O + Q = mCO + (m + 0,5 n)H₂.

При температуре выше 2500^о происходит термический процесс разложения воды на водород и кислород: H₂O _H₂+0.5 O₂ Весь выделяемый водород сжигается, как топливо. В результате разности температуры кипения воды и углеводородного топлива при нагреве внутренняя часть капли - вода - превращается в пар, в то время как оболочка капли, состоящая из топлива, продолжает оставаться в жидком состоянии. Именно в это время капля взрывается. Производится дополнительное дробление топлива с помощью так называемых микровзрывов. Это наиболее характерная особенность горения эмульсии, способствующая более полному сгоранию и улучшению экономических показателей двигателя.

Наши многократные испытания работы двигателя показали, что на водотопливной смеси по причине наводораживания (проникновение водорода вглубь металла и ослабление его) стенки цилиндров двигателя имеют более интенсивный износ. Наибольший износ находится на расстоянии 20 мм от верхнего края цилиндра, в то время как при работе на топливе без воды наибольший износ - на расстоянии 4 мм. Это связано с процессом сгорания водорода. Этот вопрос можно решить путем постановки легированных гильз, не поддающихся наводораживанию.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства на базе карбюратора с изображением уровня воды в баке, который обязательно должен быть ниже уровня ввода воды в карбюратор, т.е. ниже водяного жиклера, чтобы не было самотека.

Устройство имеет закрепленный на автомобиле бак 1 для чистой воды, из которого через фильтр 2 и трубопровод 3 с помощью разрежения в смесительной камере 11 вода поступает в водяной жиклер 4, распыляется из камеры 6, далее через отверстие 5 поступает в смесительную камеру 11. В карбюраторе на стыке с впускным трубопроводом поставлена прокладка 10 с лепестками, развернутыми под углом для придания потоку смеси винтообразного движения. Там же поставлен двухлопастный винт 9, свободно вращающийся под воздействием потока смеси. Бак 1 и трубопровод 3 изготовляются из пластмассы. Лепестковая прокладка 10 и двухлопастный винт изготовлены из металла. Трубопровод 3 (желательно прозрачный), по которому вода поступает из бака в карбюратор, необходимо провести через кабину водителя с установкой пропускного крана 7 для перекрытия потока воды. Подача распыленной воды в смесительную камеру на уровне верхнего отверстия холостого хода производится при малых и средних нагрузках, а при больших нагрузках производятся провалы мощности, так как сильный поток смеси отсекает поток распыленной воды. Поэтому для нормальной работы двигателя при больших нагрузках распыленная вода из камеры 6 через распылитель воды 8 поступает в малый диффузор карбюратора и смешивается с распыленным топливом, поступающим через распылитель 14.

Бак 1 заполняется дождевой или дистиллированной водой. Двигатель запускается на топливе, без включения воды. Краном 7 включаем воду. С помощью запорной иглы 12 уменьшается сечение главного топливного жиклера 13. При этом происходит оригинальное явление: количество поступающего топлива уменьшается, а мощность двигателя не падает, а даже увеличивается (видимо начинает работать водород). Двигатель начинает работать четко, без срывов, мягче, без стуков. Отработанные газы, содержащие водяной пар, по качеству для окружающей среды несравненно лучше, чем при работе двигателя без воды. Для остановки работы двигателя необходимо перекрыть подачу воды и потом выключить зажигание. В зимнее время бак с водой можно подогревать отработанными газами.

Угол опережения зажигания увеличивается. Если на обычном топливе он равен 16^о до верхней мертвой точки, то при соотношении 60% топлива и 40% воды он должен быть уже 25^о.

На водотопливной эмульсии нами произведены многократные испытания на автомобилях ГАЗ-53, ГАЗ-24 "Волга" и "Запорожец". Наибольшая экономия достигнута на автомобиле ГАЗ-53. По линейной норме достигнута экономия бензина в количестве 40% от нормы. Этот процент можно еще увеличить, но для этого потребуется тщательное испытание работы двигателя на стенде.

Испытания показали, что двигатель на водотопливной эмульсии работает четко, без перебоев. Существенно уменьшается содержание вредных веществ в отработанных газах, отпала потребность в применении специальных сложных устройств для получения эмульсии, не откладывается нагар на клапанах и в камерах сгорания. На переоборудование автомобилей большие затраты не требуются.

Автомобильной промышленности необходимо учесть, что при работе на водотопливной эмульсии требуется решить вопрос изготовления гильз цилиндров двигателей, которые не оводораживаются. Оводораживание углеродистой стали и чугуна ведет к снижению качества и увеличению износа. Легированный металл нейтральный к оводораживанию.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ВОДЫ В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее впускной трубопровод, бак с водой, магистраль подачи воды с распылительной камерой, карбюратор со смесительной камерой, дроссельной заслонкой и главным топливным жиклером с регулировочной иглой, причем бак с водой сообщают со смесительной камерой через распылительную камеру, отличающееся тем, что, с целью снижения расхода топлива, в распылительной камере установлен водяной жиклер, а соединение распылительной камеры со смесительной выполнено при помощи отверстия в смесительной камере в зоне расположения дроссельной заслонки, причем в зоне соединения карбюратора и впускного трубопровода установлены лепестковая прокладка и турбина с возможностью вращения.

РИСУНКИ

Рисунок 1